(57)【要約】    【目的】この発明は、超音波を利用した位置検知入力装置に関するものであり、広帯域の超音波発波器を用いてスペクトル拡散された超音波を液晶表示パネル等の伝達手段を通して伝達し当該伝達手段の必要な個所に設けられた受波器により受信して当該発波器の位置およびその軌跡を検知するためのものである。    【構成】タッチペン８の先端部９が伝達手段である第１のガラス基板１の表面に接触され、スペクトル拡散された超音波信号を超音波振動に変換して当該第１のガラス基板１に伝達しているものとする。１０１〜１０４の方向には受波器３〜６があり、それぞれの長さに比例する遅れのタイミングで伝達され、当該タイミングの差からライトペン８の先端部９の位置が検知される。  【選択図】          図１
2005300504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を利用した検知システムにおいて、
超音波信号をスペクトル拡散符号により拡散し広帯域特性を有する必要な数の送波器から発信するための発信手段と、当該発信手段から発信された超音波信号を伝達するための伝達手段と、当該伝達手段を介して伝達された超音波信号を広帯域特性を有する必要な数の受波器により受信するための受信手段から構成され、
当該発信手段が基準発振器と同期して生成される超音波信号を直接あるいは任意の変調信号によって変調した後にスペクトル拡散符号により拡散し連続してあるいはバースト状に発信するための送信機と当該送信機から発信される超音波信号を当該伝達手段に伝達するために必要な数の送波器を有し、
当該受信手段の受波器が当該伝達手段の周辺部に設けられ当該受波器により受信した超音波信号を増幅しあるいは少なくとも中間周波信号あるいはベースバンド信号に変換するために必要な数の受信機と当該受信機の出力信号を基準発振器に同期してデジタル信号に変換し固定して準備しあるいは繰返して生成されるスペクトル拡散符号との相関をとりあるいは当該スペクトル拡散符号との相関をとった後にデジタル信号に変換するために必要な数の相関器と当該相関器の出力信号からタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせをリアルタイムで検出するための信号検出器を有し、
当該信号検出器において当該受信手段の各受波器に対応して検出したタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせを比較して当該発信手段の送波器の位置を検知することを特徴とする超音波位置検知入力装置
【請求項２】
超音波を利用した検知システムにおいて、
超音波信号をスペクトル拡散符号により拡散し広帯域特性を有する必要な数の送波器から発信するための発信手段と、当該発信手段から発信された超音波信号を伝達するための伝達手段と、当該伝達手段を介して伝達された超音波信号を広帯域特性を有する必要な数の受波器により受信するための受信手段から構成され、
当該発信手段が基準発振器と同期して生成される超音波信号を直接あるいは任意の変調信号によって変調した後にスペクトル拡散符号により拡散し連続してあるいはバースト状に発信するための送信機と当該伝達手段の周辺部に設けられ当該送信機から発信される超音波信号を当該伝達手段に伝達するために必要な数の送波器を有し、
当該受信手段が当該受波器により受信した超音波信号を増幅しあるいは少なくとも中間周波信号あるいはベースバンド信号に変換するために必要な数の受信機と当該受信機の出力信号を基準発振器に同期してデジタル信号に変換し固定して準備しあるいは繰返して生成されるスペクトル拡散符号との相関をとりあるいは当該スペクトル拡散符号との相関をとった後にデジタル信号に変換するために必要な数の相関器と当該相関器の出力信号からタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせをリアルタイムで検出するための信号検出器を有し、
当該信号検出器において当該発信手段の各送波器に対応して検出したタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせを比較して当該受信手段の受波器の位置を検知することを特徴とする超音波位置検知入力装置
【請求項３】
当該発信手段において超音波信号を複数の搬送波周波数の間でホッピングさせて発信しあるいは異なる搬送波周波数であり同期状態あるいは直交関係にある複数の超音波信号を同時あるいは交互に発信し当該受信手段において当該複数の搬送波のタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせをリアルタイムで検出して比較し当該発信手段と受信手段の距離を測定することを特徴とする請求項第１項から第２項に記載の超音波位置検知入力装置
【請求項４】
当該発信手段において超音波信号を拡散するスペクトル拡散符号の伝送速度を変化させて発信しあるいは伝送速度と符号系列の異なる複数のスペクトル拡散符号で拡散させて同時あるいは交互に発信し当該受信手段において当該拡散符号のタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせをリアルタイムで検出して比較し当該発信手段と受信手段の距離を測定することを特徴とする請求項第１項から第３項に記載の超音波位置検知入力装置
【請求項５】
当該発信手段においてスペクトル拡散符号が連続して発信される場合には当該スペクトル拡散符号１周期分が繰返し生成されあるいはバースト状に発信される場合には少なくとも当該スペクトル拡散符号１周期分で構成され、当該受信手段において固定して準備されるスペクトル拡散符号１周期分との相関をとるための相関器あるいは当該受信手段において基準発振器に同期して生成されるスペクトル拡散符号との相関をとるための相関器が設けられることを特徴とする請求項第１項から第４項に記載の超音波位置検知入力装置
【請求項６】
当該受信手段において複数の受波器を間隔を置いて配置し当該各受波器に対応して検出した超音波信号のタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせを比較して当該発信手段が位置する方向を検知することを特徴とする請求項第１項から第５項までに記載の超音波位置検知入力装置
【請求項７】
当該受信手段の各受波器に対応して検出した異なる搬送波周波数の複数の超音波信号のタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせを比較して当該発信手段との距離を検知することを特徴とする請求項第１項から第６項までに記載の超音波位置検知入力装置
【請求項８】
当該受信手段において必要な数の受波器を間隔を置いて配置しあるいは当該発信手段において必要な数の送波器を間隔を置いて配置し当該受波器あるいは当該送波器の各々に対応して検出した超音波信号のタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせを比較して検知した方向と距離により当該発信手段あるいは受信手段の位置を検知しあるいは三角法あるいは双曲線法により当該発信手段あるいは受信手段の位置を検知することを特徴とする請求項第１項から第７項までに記載の超音波位置検知入力装置
【請求項９】
当該伝達手段が当該超音波信号を効率よく伝達するための伝達層と当該受波器を固定するための固定層から構成され当該送波器あるいは受波器あるいはこれらの両方が当該伝達層と固定層の間に積層されあるいは位置する構造であることを特徴とする請求項の第１項から第８項に記載した超音波位置検知入力装置
【請求項１０】
当該伝達手段が液晶表示パネルであり当該液晶表示パネルの保護膜あるいは第１のガラス基板の表面に沿った空間を伝達層とし当該保護膜あるいは第1のガラス基板を固定層とし当該送波器あるいは受波器あるいはこれらの両方が当該保護膜あるいは第１のガラス基板の上部に設置され座標入力機能を有することを特徴とする請求項第１項から第９項に記載した超音波位置検知入力装置
【請求項１１】
当該伝達手段が液晶表示パネルであり当該液晶表示パネルの第１のガラス基板を伝達層としあるいは当該第1のガラス基板と第２のガラス基板の中間の液晶層を伝達層としあるいはこれらの両方を伝達層とし当該第２のガラス基板を固定層とし当該送波器あるいは受波器あるいはこれらの両方が当該第１のガラス基板と当該第２のガラス基板との間に積層されあるいは位置する構造であり座標入力機能を有することを特徴とする請求項第１項から第１０項に記載した超音波位置検知入力装置
【請求項１２】
当該伝達手段が下敷きあるいはボードあるいは黒板あるいは表示板であり当該下敷きあるいはボードあるいは黒板あるいは表示板の表面に沿った空間を伝達層とし当該送波器あるいは受波器あるいはこれらの両方が当該下敷きあるいはボードあるいは黒板あるいは表示板に設置され座標入力機能を有することを特徴とする請求項第１項から第１１項に記載した超音波位置検知入力装置
【請求項１３】
当該伝達手段が下敷きあるいはボードあるいは黒板あるいは表示板であり当該下敷きあるいはボードあるいは黒板あるいは表示板が超音波信号が効率よく伝達される伝達層と当該伝達層を固定する固定層から構成され座標入力機能を有することを特徴とする請求項第１項から第１２項に記載した超音波位置検知入力装置
【請求項１４】
当該伝達手段が水中あるいは空中であり当該水中あるいは空中の水あるいは空気を伝達層とし大地あるいは固定物あるいは質量を有する物体を固定層とし当該送波器あるいは受波器あるいはこれらの両方が水中あるいは空中の固定層に設けられることを特徴とする請求項第１項から第１３項に記載した超音波位置検知入力装置
【請求項１５】
当該発信手段の送波器あるいは当該受信手段の受波器あるいはこれらの両方が筆記するための機能と当該伝達手段に超音波信号を伝達しあるいは当該伝達手段から超音波信号を受けるための機能を有することを特徴とする請求項第１項から第１４項に記載の超音波位置検知入力装置
【請求項１６】
当該発信手段から発信される超音波信号をスペクトル拡散するための拡散符号の符号系列が当該発信手段の送波器毎あるいは当該発信手段から発信されるバースト毎に変化しあるいは当該発信手段において設定される設定値に対応して変化しあるいは当該スペクトル拡散符号に当該設定された設定値をデータとして重畳して発信することを特徴とする請求項第１項から第１５項に記載の超音波位置検知入力装置
【請求項１７】
当該発信手段から発信され当該受信手段で受信される超音波信号の振幅の大きさから当該送波器あるいは受波器が当該伝達層に加えた圧力を推定することを特徴とする請求項第１項から第１６項に記載の超音波位置検知入力装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波を利用した位置検知入力装置に関するものであり、広帯域の超音波発波器を用いてスペクトル拡散された超音波を液晶表示パネル等の伝達手段を通して伝達し当該伝達手段の必要な個所に設けられた受波器により受信して当該発波器の位置およびその軌跡を検知するためのものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の位置検知入力装置の代表的な例として、特許文献１のように超音波が伝送される方向とは逆の方向に当該超音波とは別の信号を伝送することで往復に要する時間から距離を測定するもの、特許文献２のように超音波と赤外線の伝搬速度の差を利用するもの、特許文献３のように水中の移動体の３次元の位置を検知するもの、特許文献４のように電磁誘導式の位置検出パネルを用いるもの、特許文献５のように超音波信号発生器と受信機とを線で結び同期をとるもの、
特許文献６のように超音波信号の周波数あるいは位相をバーストの途中で切替えることで信号の中心を検出するもの、特許文献７のように受信側のエンベロープ信号の出力値に応じて送信側の超音波信号の大きさを調節して遅延時間の測定精度を上げるもの、特許文献８のようにすだれ状電極を有する超音波トランスデユーサを周辺部に配置するものと、特許文献９のように表面弾性波が伝わる長方形基板の相対する２辺に沿って反射アレイを配置するものとがあり、古くは抵抗皮膜を用いるものがある。
【０００３】
特許文献１では、固定体から移動体へ、または移動体がら固定体へ超音波を伝送し超音波の伝播時間により移動体の位置を求める超音波型座標入力装置において、超音波が伝送される方向とは逆の方向に当該超音波とは別の信号（振幅が異なり、あるいは赤外線または可視光線を含む電磁波）を伝送することで往復に要する時間から距離を測定する。
特許文献２では、超音波と赤外線を同時に発信し、赤外線が時間遅れがほとんど無いのに対して超音波の遅れが大きいことを利用して距離を測定する。
特許文献３では、移動体自身が水深を測定しブイとの間で通信を行なうことで距離を測定し、ブイからの超音波の方向を周期的にスキャンすることで方向を測定することで3次元の位置を測定する。
特許文献４では、液晶表示画面の下部に電磁誘導式の位置検知パネルを設け、交番磁界を発生させるペンを接近させることで位置を検出する。
特許文献５では、超音波の送信機と受信機とを線で結び共通のクロックに同期をとることで遅延時間を測定し位置を検出する。
特許文献６では、超音波信号の周波数あるいは位相をバーストの途中で切替えることで信号の中心を検出する
特許文献７では、受信側のエンベロープ信号の出力値に応じて送信側の超音波信号の大きさを調節して遅延時間の測定精度を上げる。
特許文献８では、当該すだれ状電極を有する超音波トランスデユーサ間を伝搬する弾性表面波の伝搬路と人差し指あるいは指示器の接触による当該弾性表面波の変化に基づいて当該人差し指あるいは指示器の位置を検出している。
特許文献９では、一方の反射アレイの端部には超音波発信トランスデーユーサを配置し他方の反射アレイの端部には受信トランスデユーサを配置し、発信トランスデユーサからパルス状の縦波を発生させ発信側の反射アレイにより基板中央部に向けて高次せん断波を伝送させ、相対する他辺の受信反射アレイにより反射させ端部に設けた受信用トランスデユーサにより受信し、当該発信信号を擬似ランダム符号で変調された超音波を用い受信側で自己相関を計算することで接触位置を検知している。
【特許文献１】特開２００４−１０２８９６号公報
【特許文献２】特開２００４−０７８４９６号公報
【特許文献３】特開２００３−２１５２３０号公報
【特許文献４】特開２００３−０１５８２１号公報
【特許文献５】特開２００３−０１５８１３号公報
【特許文献６】特開２００２−３６６２９２号公報
【特許文献７】特開２００２−３５８１５７号公報
【特許文献８】特開２００２−３４２０１６号公報
【特許文献９】特開平１１−３２７７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の超音波信号を用いた位置検知入力装置では、超音波信号と別の信号を逆方向に伝送させて往復の時間を測定し、あるいは超音波信号と赤外線信号の伝送時間差を測定し、あるいは電磁誘導を利用しており、あるいは超音波を途中で切替えたりエンベロープを求めて精度を向上させようとしており、あるいはトランスデユーサあるいは反射アレイをタッチパネルの対向する２辺に連続して設けているものであり、構成あるいは回路が複雑でコストが高くまた周囲の騒音等の雑音により妨害されるなどの問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係わる超音波位置検知入力装置は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、スペクトル拡散された搬送周波数が異なる複数の超音波信号を発信手段の広帯域送波器から発信し、少なくとも１箇所に設けられ複数の受波器を有する受信手段により当該超音波信号を受信し、当該受波器毎に超音波信号の受信タイミングを検出して当該発信手段の方向を検知し搬送周波数の異なる複数の超音波信号間の位相差を検出することで距離を検知することで、安価でしかも精密であり外部雑音に影響されない位置検知入力装置を実現するためのものである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明の超音波位置検知入力装置において、スペクトル拡散された超音波信号を伝達手段を介して複数の受波器により受信することで発信手段の位置が詳細に検知でき、当該伝達手段の周辺部で生じる反射によって起こるいわゆるマルチパスの影響や外部からの加えられる振動あるいは衝撃による雑音の影響を削除でき、しかも回路が簡単であり部品が安価であるため装置全体が安価であり、スペクトル拡散符号にデータを重畳することで発信手段の識別番号、種別あるいは特性などの情報を合わせて発信できるなどのメリットが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
この発明に係わる超音波位置検知入力装置は、スペクトル拡散符号により超音波信号を拡散し広帯域の送波器から発信するための発信手段と、間隔を置いて設けられた複数の受波器を有する受信手段と、当該受信手段において超音波信号を基準発振器に同期してデジタル信号に変換した後高周波論理回路を用いたマッチドフイルタにより相関をとり当該受波器毎に検出した超音波信号のタイミング、振幅、周波数、あるいは位相あるいはこれらの任意の組合わせを検出するための信号検出器とから構成される。
【実施例１】
【０００８】
以下、本発明の発信手段の実施例を図１に従って説明する。図１において、１は第１のガラス基板、２は第２のガラス基板、３は第１の受波器、４は第２の受波器、５は第３の受波器、６は第４の受波器、７は液晶層、８はライトペン、９はライトペン８の先端部、１０１、１０２、１０３、１０４は先端部８と４角の受波器３〜６との方向と距離である。
ライトペン８の先端部９が伝達手段である第１のガラス基板１の表面に接触され、超音波信号の送波器から発信される超音波振動を当該第１のガラス基板１に伝達しているものとする。ここで、第１のガラス基板１は超音波振動に対してフローテイング状態にあり、受波器３〜６を挟んで第２のガラス基板２が設けられ、当該第２のガラス基板２は超音波振動に対して固定された状態にあるものとする。
当該第１のガラス基板１に伝達された超音波振動は当該先端部９を中心として球面波となって周辺部に広がっていくが、特に、１０１〜１０４の方向には受波器３〜６があり、それぞれの長さに比例する遅延時間で伝達される。
受波器（センサーあるいはトランスデユーサ）３〜６は、第１のガラス基板１と第２のガラス基板２の間で積層状態になっており、第２のガラス基板２が固定されているので、第１のガラス基板１により伝達された超音波振動は受波器３〜６によって効率よく電気信号に変換されて受信機により受信される。
当該受波器機３〜６において当該超音波振動を電気信号に変換した後に基準発振器に同期してデジタル信号に変換しマッチドフイルタを設けて当該超音波信号との相関をとり、当該超音波信号のタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせを検出し当該受波器３〜６の間で比較することによって、当該受波器３〜６の位置が既知であることから、三角法あるいは双曲線航法等の方法で当該ライトペン８の先端部９の位置が精密に検知できる。
距離を検知する別の方法として、ライトペン８の先端部９において発信する超音波信号を複数の搬送波周波数の間でホッピングさせあるいは異なる搬送波周波数であり同期状態あるいは直交関係にある複数の超音波信号を同時あるいは交互に発信させ、当該受波器３〜６の何れか１個所において受信した当該複数の超音波信号を直接あるいは少なくとも副搬送波信号あるいは中間周波信号あるいはベースバンド信号に変換しタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせをリアルタイムで検出することで当該ライトペン８の先端部９と当該受波器３〜６の何れか１箇所との距離Ｄｍを測定できる。例えば、当該先端部９から発信される超音波信号が中心周波数から＋Δｆだけホッピングされ当該受波器３〜６の何れか１箇所において受信された超音波信号の搬送波の位相をそれぞれ、Ｓ１＝ＡＳｉｎ｛２πｆ１ｔ＋φ０＋２πＤ／λ０｝、Ｓ２＝ＢＳｉｎ｛２π（ｆ１＋Δｆ）ｔ＋φ０＋２πＤ／（λ０−Δλ）｝であるとする。
Ｓ１およびＳ２の位相を検出すると、Φ１＝｛φ０＋２πＤ／λ０｝、Φ２＝｛φ０＋２πＤ／（λ０−Δλ）｝となるので、Φ２−Φ１＝２πＤ｛１／（λ０−Δλ）−１／λ０｝≒（２πＤ／λ０）｛（１＋Δλ）−１｝＝２πＤ（Δλ／λ０）となり、位相差（Φ２−Φ１）を検出することで距離Ｄが検知できる。なお、ｆ０からｆ０＋Δｆにホッピングさせる代わりに異なる搬送周波数の複数の超音波信号を同時にあるいは交互に切替えて発信しても同様な効果が得られる。
以上の説明では、ライトペン８の先端９の位置が検知されることについて説明したが、当該ライトペン８の先端部９が移動すると、それに連れて検知された位置も移動するのでその軌跡を繋げれば文字あるいは線等の検知ができることになる。
また、当該第１のガラス基板の周辺部にはダンパー材を取り付け超音波振動の反射を抑えるものとするが、反射が生じたとしても、当該マッチドフイルタから最初に閾値を越えて出力される信号のタイミングを用いることでマルチパスを除去することができる。
また、超音波信号の搬送波の１サイクルの長さとスペクトル拡散符号の１チップの長さを同じにすると、当該遅延時間の解像度は１チップとなり、当該第１のガラス基板１の超音波振動の伝達速度を毎秒3kmとすると超音波信号の周波数を１MHｚとすると解像度は0.3mm程度となる。
また、当該ライトペン８から超音波振動をバースト状に発信する場合、当該超音波振動が周辺部において多重反射して消滅するのを待って次のバーストを発信することになるが、スペクトル拡散符号の符号系列を切替えることで消滅を待たずに連続して次のバーストを発信できる。
また、ライトペン８において、赤色あるいは点線あるいはその他のデータを設定し、これらのデータをスペクトル拡散符号に重畳して発信することで、受波器３〜６において超音波を受信しその出力からデータを復調することができる。
また、受波器３〜６において超音波を受信したその出力から振幅の大きさを検出し、当該ライトペン８に加えられた圧力を検知して字などの太さを制御することができる。
また、バースト状に発信する繰返しサイクル数を上げることで位置検知の回数を増やして平均値を増やすことで、平均する回数の平方根倍だけ位置の検知精度を向上させることができる。
【実施例２】
【０００９】
図２は本は発明の発信手段の構成例を示す図であり、１１は広帯域送波器、１２は電力増幅器、１３は低域通過フイルタ、１４は変調器、１５は数値制御発振器、１６は基準発振器、１７はスペクトル拡散符号生成器、１８はデータ入力端子である。
数値制御発振器１５は基準発振器１６に同期して超音波信号の搬送波周波数を生成し変調器１４に搬送波信号を供給する。スペクトル拡散符号生成器１８はＭ系列あるいはゴールド符号あるいは嵩符号あるいは任意の符号系列の拡散符号を数値制御発振器１５あるいは基準発振器１６に同期して生成しており、データ入力端子１８から入力されるデータの種別に応じて符号系列が切替えられあるいはデータが重畳されて変調器１４に入力されている。
変調器１４によりスペクトル拡散された搬送波信号は低域通過フイルタ１３で高域が取り除かれ、電力増幅器１２で増幅されて広帯域送波器１１から当該ライトペン８の先端部９に伝達され当該伝達手段に伝達される。
ここで、搬送波信号の生成に数値制御発振器１５を用いたが、通常のＣＲ発振器あるいはＬＣ発振器あるいはセラミック発振器あるいは水晶発振器あるいはＤＰＬＬ等の任意の信号源を用いても同様な効果が得られる。
また、スペクトル拡散符号とデータとの関係として、スペクトル拡散符号１周期分の整数倍あるいは整数分の１に対してデータ１ビットを割当てることで受信手段の処理を簡略化できる。
また、変調方式としては、直接拡散のための直交変調器のみでなく、周波数ホッピング、時間ホッピング、あるいはマルチキャリア拡散符号等任意の拡散方式に適合する変調器を用いても同様な効果が得られる。
また、搬送波信号の周波数とスペクトル拡散符号の伝送速度を同じにすることで、搬送波信号１サイクル当たりスペクトル拡散符号１ビットを対応させることができる。
また、当該送波器１１が帯域特性を有する時には低域通過フイルタ１３を省略することができる。
【実施例３】
【００１０】
図３は本発明の受信手段の実施例であり、３１ａ、３１ｂは広帯域の受波器、３２ａ、３２ｂはＡＧＣ機能を有する低雑音増幅器、３３ａ、３３ｂはアナログデジタル変換器、３４ａ、３４ｂはシフトレジスタ、３５ａ、３５ｂは固定相関器あるいはマッチドフイルタ、３６ａ、３６ｂはΣＳｉｎ積和演算器、３７ａ、３７ｂはΣＣｏｓ積和演算器、３８ａ、３８ｂは振幅スペクトル検出器、３９ａ、３９ｂは位相スペクトル検出器、４０は信号検出器、４１は基準発振器、４２ａ、４２ｂはＡＧＣ制御ライン、４３は検出出力端子である。
広帯域の受波器３１ａ、３１ｂにより受信された超音波信号はＡＧＣ機能を有する低雑音増幅器３３ａ、３３ｂにより増幅され、アナログデジタル変換器３３ａ、３３ｂにより基準発振器４１に同期してデジタル信号に変換されシフトレジスタ３４ａ、３４ｂに入力される。当該アナログデジタル変換器３３ａ、３３ｂのサンプリング周期は搬送波信号の1サイクルの間に４周期のサンプリングを行うように設定する。
固定相関器３５ａ、３５ｂには発信手段のスペクトル拡散符号１周期分の符号系列が設定されており、シフトレジスタ３４ａ、３４ｂとリアルタイムで相関をとるので当該相関器はマッチドフイルタの役割を持つことになる。
相関器３５ａ、３５ｂの出力はＳｉｎのルックアップテーブルと積和演算されΣＳｉｎ積和演算器３６ａ、３６ｂから出力され、Ｃｏｓのルックアップテーブルと積和演算されΣＣｏｓ積和演算器３７ａ、３７ｂより出力される。
ΣＳｉｎ積和演算器３６ａ、３６ｂからの出力とΣＣｏｓ積和演算器３７ａ、３７ｂからの出力は振幅スペクトル検出器３８ａ、３８ｂで２乗されて加算され更に平方根されて当該信号出力の電力が検出され、ΣＳｉｎ積和演算器３６ａ、３６ｂからの出力とΣＣｏｓ積和演算器３７ａ、３７ｂからの出力が位相スペクトル検出器３９ａ、３９ｂで比較されて搬送波信号の位相が検出され、信号検出器４０で元のデータが復調される。
検出された振幅スペクトル、位相スペクトルおよび復調されたデータは検出出力端子４３から外部の演算装置に出力され、外部の演算装置により演算されて当該ライトペン８の先端部９の位置が検知され表示される。
振幅スペクトル検出器３８ａ、３８ｂの入力が飽和しないように低雑音増幅器３２ａ、３２ｂのＡＧＣを制御ライン４２ａ、４２ｂを経由して制御することができる。
ここで、請求項の記述を簡略化するために、シフトレジスタ３４ａ、３４ｂと固定相関器３５ａ、３５ｂをあわせて相関器と称し、ΣＳｉｎ積和演算器３６ａ、３６ｂ、ΣＣｏｓ積和演算器３７ａ、３７ｂ、振幅スペクトル検出器３８ａ、３８ｂ、位相スペクトル検出器３９ａ、３９ｂ、および信号検出器４０を信号検出器と称することとする。
また、上記の説明では受波器３１ａ、３１ｂの２基を設けているが、液晶表示パネル等の４角に受波器を設ける必要がある場合には４基の受波器と４式の受信機と設ける必要がある。この場合、電気信号の伝送速度は超音波の伝送速度よりはるかに高速であるために電気回路によって生じる遅延誤差は無視することができるので、４基の受波器を切替えて単一の受信機に接続する必要はない。
また、当該受波器の位置を検知する場合については、送波器を当該伝達手段の４角に設け、受波器を当該伝達層に接触することで実現できる。
また、積和演算に用いるＳｉｎのルックアップテーブルが０、１、０、−１、あるいは１、１、−１、−１、あるいはこれらの整数倍あるいは整数分の１の繰り返しでありあるいはＣｏｓのルックアップテーブルが１、０、−１、０あるいは１、−１、−１、１、あるいはこれらの整数倍あるいは整数分の１の繰り返しでありあるいは積和演算を行う際の−１の乗算は当該デジタル信号の補数を求めあるいはこれらを組合わせることでリアルタイムの演算が可能となる。
また、当該振幅スペクトルの出力が閾値を越えた時に「１」と判定しあるいは当該振幅スペクトルの出力が閾値を越えた時の当該位相スペクトルの出力から同期検波を行って判定しあるいは前のビットからの出力の変化から遅延検波を行って「１」あるいは「０」を判定し当該任意の変調信号を復調することができる。
【００１１】
以上の説明では、高周波論理回路を用いる場合について述べたが、マイクロプロセッサーあるいはデジタルシグナルプロセッサーを用いて演算処理を行っても現状では電力消費が増えるが将来高速でしかも低電力で動作するものができれば同様な効果が得られる。
また、当該位相スペクトル検出器３９ａ、３９ｂに基づいて受信機あるいは復調手段の局発周波数を制御しあるいは同期あるいは同調の制御を行うことが出来る。
また、当該受信手段の数値制御発振器あるいは相関器あるいは復調手段が高周波論理回路で構成され、基本となるＡＮＤ、ＯＲ、ＮＡＮＤ、ＮＯＲ、ＩＮＶ、ＸＯＲの他に、ラッチ、選択回路、レジスタ、シフトレジスタ、エンコーダ、デコーダ、パリテイ回路、カウンタ、加算回路、減算回路、乗算回路、除算回路、逓倍回路、コンバータ回路、相関器、分配回路、変復調回路、同期回路、あるいは比較回路の任意の組合わせから構成される。
また、当該デジタル信号とＳｉｎおよびＣｏｓのルックアップテーブルとの積和演算あるいは高速フーリエ変換を行いあるいは当該デジタル信号に対して必要なリアルタイム処理を行うことができる。
また、当該発信手段と受信手段を置き換えても同様な効果が得られ、また、ライトペン以外にも任意の固定物あるいは移動体に対応することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
本発明により、超音波を用いた位置検知入力装置の位置検知精度を向上させ、コストの引き下げが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の超音波位置検知入力装置の実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の発信手段の実施例を示す構成図である。
【図３】本発明の受信手段の実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００１４】
１                                          第１のガラス基板
２                                          第２のガラス基板
３                                          第１の受波器
４                                          第２の受波器
５                                          第３の受波器
６                                          第４の受波器
７                                          液晶層
１１                                        広帯域送波器
１２                                        電力増幅器
１３                                        低域通過フイルタ
１４                                        変調器
１５                                        数値制御発振器
１６                                        基準発振器
１７                                        スペクトル拡散符号生成器
１８                                        データ入力端子
３１ａ、３１ｂ                              広帯域受波器
３２ａ、３２ｂ                              ＡＧＣ機能つき低雑音増幅器
３３ａ、３３ｂ                              アナログデジタル変換器
３４ａ、３４ｂ                              シフトレジスタ
３５ａ、３５ｂ                              スペクトル拡散符号１周期分の固定相関器
３６ａ、３６ｂ                              ΣＳｉｎ積和演算器
３７ａ、３７ｂ                              ΣＣｏｓ積和演算器
３８ａ、３８ｂ                              振幅スペクトル検出器
３９ａ、３９ｂ                              位相スペクトル検出器
４０                                        信号検出器
４１                                        基準発振器
４２ａ、４２ｂ                              ＡＧＣの制御ライン
４３                                        検出出力端子
１０１、１０２、１０３、１０４              ライトペン８の先端部９から受波器３〜６をみた時の方向と距離
【図１】
2005300504.tif 000003
【図２】
2005300504.tif 000004
【図３】
2005300504.tif 000005